专利名称：一种基于纳米晶的非挥发性存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于纳米晶的非挥发性存储器。
背景技术：
目前，随着科技日新月异的发展，半导体技术领域也得到了前所未有的 开发，其中存储器产业目前占整个半导体产业的四分之一。用于存储数据的 半导体存储器分为挥发性半导体存储器和非挥发性半导体存储器，挥发性半 导体存储器在电源中断时易于丢失数据，而非挥发性半导体存储器即使在电 源中断时仍可保存数据，且非挥发性半导体存储器相对比较小，因此非挥发 性半导体存储器已广泛地应用于移动通信系统、存储卡等领域。
现有的非挥发性半导体存储器例如快闪存储器(FlashMemory),由于具有 可多次进行信息的存入，读取，擦除等动作，且存入的信息在断电后也不会 消失的优点，所以已成为个人电脑和数码相机底片、个人随身电子记事本等 电子设备所广泛采用的一种非挥发性存储器。
目前的快闪存储器基本采用浮置栅(Floating gate)与控制栅所组成的堆 叠栅、源极/漏极以及位于堆叠栅一侧的选择晶体管所构成，这样的存储器是 一个导电的整体，因此，当尺寸縮小，氧化层减薄时，由于其是一个导电的 整体，当某一点出现漏电时，存储器整体的数据就会丢失，因此采用现有技 术的存储器数据保持性会变差。
因此，在进行本发明创造过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下 问题现有非挥发性半导体存储器采用作为存储介质，某一点的漏电会使存 储器整体的数据丢失，因此数据保持性不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提出了一种能够提高数据保持的稳定性的基于 纳米晶的非挥发性存储器。
为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的: 一种基于纳米晶的非挥发性存储器，包括衬底上定义的一个有源区，所
4述有源区上方横跨配置多条用于选择地址的字线、以及用于选中读取单元的 选择栅，所述有源区上还设置多条用于读取数据的位线，所述位线与所述字 线垂直排列，每条字线和有源区之间配置独立的纳米晶。
通过本发明提供的基于纳米晶的非挥发性存储器，由于纳米晶是独立的， 因此可以防止由于某一点漏电而影响到存储器整体的数据，提高了存储器的 数据保持的稳定性。
图1A为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器的结构示意图的正视图； 图1B为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器的结构示意图的俯视图； 图2为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器进行写入的原理示意图； 图3为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器进行擦除的原理示意图； 图4为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器进行读取的原理示意图。
具体实施例方式
本发明实施例提供一种基于纳米晶的非挥发性存储器。
为使本发明的技术方案更加清楚明白，以下参照附图并列举实施例，对 本发明进一步详细说明。
请一同参阅图1A和图1B，为本发明实施例基于纳米晶的非挥发性存储 器的结构示意图的正视图和俯视图。
所述非挥发性存储器包括衬底(未标号)，该衬底可以采用硅基底、埋氧层 和顶层硅作为衬底材料。其中，硅基底起到支撑作用，埋氧层起到绝缘隔离 的作用，顶层硅可以形成该非挥发性存储器的源、漏和沟道。
所述衬底上定义有一个有源区10，所述有源区10上方横跨配置有多条字 线，所述字线与字线互相平行排列。例如图1A和图1B中的字线WLS1和 WLS2。所述字线主要用于地址的选择。
每个字线和有源区之间分别配置有纳米晶20。所述纳米晶20呈颗粒状。
所述有源区IO上方还设置有多条位线，所述位线与位线之间平行排列， 位于字线的一侧，并且与字线垂直排列。所述位线可以由衬底上的导电层所 形成。例如图1A和图1B中的位线BL1和BL2。所述位线主要用于读取数据。
所述有源区10上方还横跨配置有多条选择栅，所述选择栅位于字线的另一侧，例如图中的选择栅WL1和WL2。所述选择栅主要用于选中读取单元。 从上述结构可以看出，由于每一个字线下方的纳米晶都是相对独立的，
可以防止由于某一点漏电而影响存储器整体的数据，所以本发明提供的存储
器的数据保持特性更稳定。
下面具体说明本发明基于纳米晶的非挥发性存储器的工作原理。 请继续参阅图2，为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器进行写入的原理
示意图。
如图所示，将存储器根据字线、位线、选择栅的连接关系，划分为单元A、 单元B、单元C、以及单元D。 写入过程主要包括 选中需要写入数据的单元；
在衬底和字线之间的高压作用下，通过隧穿效应电子从衬底中被拉入所 述选中的数据单元中的纳米晶。
其中，选中需要写入数据的单元具体方式如下-
在存储器的衬底施加一个负电压-6V，在位线BL1上加载一个负电压-6V， 在位线BL2上加载一个正电压+1.5V，在字线WLS1上加载一个正电压+6V， 在字线WLS2上加载一个负电压-2V，在选择栅WL1上加载一个负电压-6V, 在选择栅WL2上加载一个负电压-6V。
此时，单元A被选中，单元B、单元C、单元D都未被选中，由于半导 体衬底上是负电压-6V，字线WLS1上即栅极电压为+6V，因此，半导体衬底 和栅极之间具有较大的电压差，通过隧穿效应快速把电子从衬底中拉到纳米 晶中，从而实现在选中的单元里快速写入数据。
本实施例存储器所加载的电压除了上述具体数值外，还可以是一定范围 内的其他数值，例如负电压-6V，可以是-4V至-10V中任一电压值，负电压-2V 可以是-lV至-3V中任一电压值，正电压+1.5V可以是0V至4V中任一电压值， 正电压+6V可以是+4V至+10V中任一电压值。
同时，由于各个单元具有各自独立的纳米晶，因此写入数据后的保持性 更加稳定，不会因为其中一个单元漏电，而导致其他单元的数据丢失。
请参阅图3，为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器进行擦除的原理示意图。
如图所示，将存储器根据字线、位线、选择栅的连接关系，划分为单元A、 单元B、单元C、以及单元D。 擦除过程主要包括 选中需要擦除数据的单元；
在字线和衬底之间的高压作用下，使存储在纳米晶中的电子隧穿回到衬 底中。
其中，选中需要擦除数据的单元具体方式如下
在存储器的衬底施加一个正电压+6V，在位线BL1上加载一个正电压 +6V,在位线BL2上加载一个正电压+6V，在字线WLS1上加载一个负电压 -6V,在字线WLS2上加载一个正电压+6V，在选择栅WL1上加载一个正电 压+6V，在选择栅WL2上加载一个正电压+6V。
此时，单元A和单元B被选中，而单元C和单元D未被选中。由于半导 体衬底上是正电压+6V，字线WLS1上即栅极电压为-6V，因此，半导体衬底 和栅极之间具有较大的电压差，且衬底电压高于栅极电压，通过隧穿效应快 速使原来存储在纳米晶中的电子隧穿回到衬底中，从而实现在选中的单元里 快速擦除数据。
本实施例存储器所加载的电压除了上述具体数值外，还可以是一定范围 内的其他数值，例如负电压-6V，可以是-4V至-10V中任一电压值，正电压+6V 可以是+4V至+10V中任一电压值。
请参阅图4,为本发明基于纳米晶的非挥发性存储器进行读取的原理示意图。
如图所示，将存储器根据字线、位线、选择栅的连接关系，划分为单元A、 单元B、单元C、以及单元D。 读取过程主要包括 选中需要读取数据的单元；
通过读取位线输出的感应电流，读取选中单元中的数据。 其中，选中需要读取数据的单元具体方式如下
存储器的衬底接地，在位线BL1上加载一个正电压+0.8V，在位线BL2上接地，在字线WLS1上加载一个正电压+2.5V，在字线WLS2接地，在选择 栅WL1上加载一个正电压+2.5V，在选择栅WL2上接地。
此时，单元A被选中，单元B、单元C、单元D都未被选中，且由于半 导体衬底接地，字线WLS1上即栅极电压为+2.5V，位线BL1上为正电压 +0.8V,因此，在位线BL1上产生一个感应电流，从位线BL1上读取所述感 应电流，通过评估该电流，读取该单元A的数据。
本实施例存储器所加载的电压除了上述具体数值外，还可以是一定范围 内的其他数值，例如正电压+0.8V和+2.5V可以是+lV至+3V中任一电压值。
综上所述，采用本发明提供的基于纳米晶的非挥发性存储器，由于纳米 晶是独立的，因此可以防止由于某一点漏电而影响到存储器整体的数据，提 高了存储器数据保持的稳定性。
以上对本发明所提供的一种基于纳米晶的非挥发性存储器进行了详细介 绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领 域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会 有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种基于纳米晶的非挥发性存储器，其特征在于，包括衬底上定义的一个有源区，所述有源区上方横跨配置多条用于选择地址的字线、以及用于选中读取单元的选择栅，所述有源区上还设置多条用于读取数据的位线，所述位线与所述字线垂直排列，每条字线和有源区之间配置独立的纳米晶。
2. 根据权利要求1所述的基于纳米晶的非挥发性存储器，其特征在于， 所述选择栅位于所述字线的一侧，所述位线位于所述字线的另一侧。
3. —种基于纳米晶的非挥发性存储器数据写入的方法，其特征在于，包括选中需要写入数据的单元；在衬底和字线之间的高压作用下，通过隧穿效应电子从衬底中被拉入所 述选中的数据单元中的纳米晶。
4. 根据权利要求3所述的基于纳米晶的非挥发性存储器数据写入的方 法，其特征在于，所述选中需要写入数据的单元具体方式为-在衬底施加一个-4V至-10V中任一负电压；在一位线上加载一个-4V至-10V中任一负电压，另一位线上加载一个0V 至4V中任一正电压；在一字线上加载一个+4V至+10V中任一正电压，在另一字线上加载一个 -1V至-3V中任一负电压；在两个选择栅上均加载-4V至-10V中任一负电压。
5. —种基于纳米晶的非挥发性存储器数据擦除的方法，其特征在于，包括选中需要擦除数据的单元；在字线和衬底之间的高压作用下，使存储在纳米晶中的电子隧穿回到衬 底中。
6. 根据权利要求5所述的基于纳米晶的非挥发性存储器数据擦除的方 法，其特征在于，所述选中需要擦除数据的单元具体方式为在衬底施加一个+4V至+10V中任一正电压； 在两位线上均加载一个+4V至+10V中任一正电压； 在一字线上加载一个-4V至-10V中任一负电压，在另一字线上加载一个+4V至+10V中任一正电压；在两个选择栅上均加载+4V至+10V中任一正电压。
7 —种基于纳米晶的非挥发性存储器数据读取的方法，其特征在于，包括选中需要读取数据的单元；通过读取位线输出的感应电流，读取选中单元中的数据。
8.根据权利要求7所述的基于纳米晶的非挥发'跌存储器数据读取的方 法，其特征在于，所述选中需要读取数据的单元具体方式为 衬底接地；在一位线上加载一个+lV至+3V中任一正电压，另一位线接地； 在一字线上加载一个+lV至+3V中任一正电压，另一字线接地； 在一选择栅加载一个+lV至+3V中任一正电压，另一选择栅接地。
全文摘要
本发明提供了一种基于纳米晶的非挥发性存储器。所述基于纳米晶的非挥发性存储器包括一个有源区，所述有源区上方横跨配置多条用于选择地址的字线、以及用于选中读取单元的选择栅，所述有源区上还设置多条用于读取数据的位线，所述位线与所述字线垂直排列，每条字线和有源区之间配置独立的纳米晶，通过本发明提供的技术方案，可以防止由于某一点漏电而影响到存储器整体的数据，所以本发明提供的存储器的数据保持特性更稳定。
文档编号G11C16/14GK101599493SQ200910055389
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者孔蔚然, 博 张, 雄 张, 曹子贵, 杨潇楠, 永 王, 靖 顾 申请人:上海宏力半导体制造有限公司